Мозг компьютера

От основ к вершинам или Как оно всё работает?

Вы знаете, как работает компьютер? Нет, я серьёзно! Не в смысле – какую кнопку нажать, чтобы получить результат, а в более глобальном? Не думаю, что на нашей планете вообще есть хоть один человек, который полностью понимает, как устроен компьютер у него на столе. Но попробовать в этом разобраться, право же, стоит. Рискнём?

Отмазка
Прежде, чем начать рассказ, сделаю необходимое пояснение о его цели и аудитории. Статья рассчитана на обычного пользователя, знакомого с базовым курсом физики и информатики, желающего лучше понять принципы работы компьютера. Приведённое ниже описание – очень условное, отражающее лишь самые основные принципы функционирования компьютера. Дабы сделать полное технически верное описание, понадобятся совместные усилия десятков специалистов самых различных областей (физиков, инженеров, программистов…) и тысячи страниц печатного текста. Но в этом случае во-первых, неизбежны некоторые ошибки, а во-вторых, такой труд вряд ли поможет рядовому пользователю (скорее наоборот – запутает ещё больше).
Если конфигурация вашего мозга удовлетворяет приведённым требованиям, можете приступать к прочтению.

Начнём, пожалуй, с самого низкого уровня. Как знает любой школьник, прошедший полный курс физики, в природе существует такая штука, как p‑n‑p‑переход. Его свойства (а он, как знают студенты, изучающие физические основы электротехники, может выполнять роль «ключа», пропуская или останавливая поток электронов в зависимости от того, как приложено напряжение) легли в основу самого простого электронного компонента – транзистора. Транзистор может находится в двух состояниях – «открыто» и «закрыто». Знакомые с базовым курсом информатики уже догадались, к чему я клоню. Правильно: эти состояния – ни что иное, как «0» и «1» – два базовых элемента бинарной системы счисления, используемой компьютерами.

Схема устройства транзистора

Будучи объединёнными, несколько транзисторов могут создавать простейшую логическую схему. Если приложить напряжение ко входам этой схемы, подачей напряжения на управляющие контакты можно добиться изменения состояния на выходе. Проще говоря, замыкая и размыкая логический ключ, мы можем подавать ток на следующий элемент схемы – или не подавать его. Таким образом, с помощью нескольких транзисторов мы можем выполнять простейшие арифметические и логические операции в бинарной системе счисления.
На основе групп таких простейших логических элементов можно строить уже более сложные схемы – процессоры (к примеру, в процессоре Intel Core 2 Duo (Conroe) 291 млн транзисторов). Однако, как вы понимаете, в наше время никто не перетыкает сотни проводков, чтобы управлять компьютером (хотя раньше компьютеры программировались именно таким трудоёмким способом). Для облегчения жизни программистам, инженеры-электронщики оснастили сложные логические цепи процессора особыми управляющими точками, подача напряжения на которые приводит к выполнению целого каскада внутренних команд или же перестроению отдельного участка схемы с целью подготовить его к приёму другой команды. Такие наборы команд получили название ассемблера – базового языка процессора. Для каждого типа процессора он свой, но в основе всех разновидностей лежит один принцип. Фактически именно ассемблер является переходом от аппаратной составляющей компьютера к программной.
Разумеется, всё изложенное выше – лишь общая схема работы процессора. Однако в основе даже самых современных микросхем лежит именно она.

Примеры употребления слова процессор в литературе.

Адрес условия контрольной точкой и длина формируют адресный диапазон, который контролируется процессором при каждой ссылке на память.

Разрыв между пропускной способностью памяти и быстродействием процессоров заставляет проектировщиков использовать сложные и дорогие решения: наращивать количество банков основной памяти, увеличивать разрядность шины и расширять объем внешней кэш-памяти.

Работа процессора Устройство выборки команд выбирает за один такт из кэша инструкций до 4 команд, выровненных на границу слова.

Интерфейс системной шины РА-8000 допускает ожидание одним процессором обработки одновременно до 10 непопаданий в кэш данных, одного непопадания в кэш команд и одной предварительной выборки в кэш команд.

Процессор, восстановленный с помощью Флоранса и Дагера, действовал, и не оставалось уже никаких причин откладывать основной запуск.

Тест по теме: Архитектура персонального компьютера. 11 класс

1 Архитектура ПК — это. внутренняя организация компьютера технические средства преобразования инфор­мации технические средства преобразования элект­рических сигналов описание работы устройства для ввода инфор­мации 2 «Мозг» компьютера. Устройство выполняющее логические и математические функции. материнская плата жесткий диск процессор оперативная память 3 Устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке. плоттер принтер сканер ксерокс

Раздел	Информатика
Класс	11 класс
Тип	Тесты
Автор	Носова И.В.
Дата	09.11.2014
Формат	docx
Изображения	Есть

11 класс Урок №2 Носова И.В.

Тестирующий материал представлен по ссылке:

Архитектура ПК — это.

внутренняя организация компьютера

технические средства преобразования информации

технические средства преобразования электрических сигналов

описание работы устройства для ввода информации

«Мозг» компьютера. Устройство выполняющее логические и математические функции.

Устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке.

Борьба гигантов компьютерных микропроцессоров

Речь, конечно же, пойдет о Intel и AMD. Основным отличием в принципах работы данных компаний является подход к производству новых компьютерных микропроцессоров.В то время, как Intel попеременно внедряет новые технологии наряду с небольшими изменениями, AMD делает крупные шаги в производстве с определенной периодичностью. Выше на фото представлены модели упомянутых компаний с отличительным внешним видом.

Лидерские позиции, в подавляющем большинстве случаев, удерживает все-таки Intel. «Камни» от AMD, хотя и уступают процессорам от Intel по производительности, нередко выигрывают у них в плане ценовой доступности. О том, какую компанию лучше выбрать можете почитать в этой статье.

Что выбирать каждый решает сам. Сегодня мы попытались разобраться во внутреннем устройстве любого современного микропроцессора и основных принципах его работы. Не забывайте подписываться на обновления блога и делиться интересными статьями со своими друзьями в социальных сетях! Всего доброго, друзья!

Устройство компьютера

В этой статье, которая подготавливалась для начинающих пользователей, мы рассмотрим устройство компьютера. Также узнаем основные характеристики устройств и какие функции они выполняют.

Обычный персональный компьютер, который мы используем в нашей повседневной жизни состоит из таких частей:

• Клавиатуры и мыши;

• Дополнительных устройств (принтер, сканер, веб-камера и др.)

Устройство персонального компьютера. Содержание статьи:

Вертикальные системные блоки

Горизонтальный системный блок

Системный блок — это центральная часть компьютера, в которой располагаются все самые важные составляющие. Всё, благодаря чему работает компьютер. Выпускаются самые разнообразные системные блоки, которые различаются по размерам, дизайну и способу сборки.

Основные элементы системного блока:

• Материнская плата;
• Процессор;
• Оперативная память;
• Видеокарта;
• Жёсткий диск;
• Оптический привод (DVD, Blu-ray);
• Блок питания

Давайте рассмотрим каждый из них подробнее.

Материнская плата

Материнская плата – это самая большая плата системного блока. На ней устанавливаются основные устройства компьютера: процессор, оперативная память, видеокарта, слоты (разъёмы), BIOS, с помощью шлейфов и кабелей к материнской плате подключаются DVD-привод, жёсткий диск, клавиатура, мышь и др. Главная задача материнской платы – соединить все эти устройства и заставить их работать как одно целое. Кроме того на ней находятся контроллёры. Контроллёры – это электронные платы вставляемые в разъёмы (слоты) на материнской плате, они управляют устройствами подключаемыми к компьютеру. Некоторые контроллёры входят в состав материнской платы. Такие контроллёры называются интегрированными или встроенными. Так контролёры мыши и клавиатуры всегда являются встроенными. Добавляя и заменяя платы контроллёров можно расширять возможности компьютера и настраивать его под свои требования. Например пользователь может добавить дополнительную звуковую карту, которая может работать с новыми многоканальными акустическими системами.

Процессор

Центральный процессор (ЦП, CPU) является главным элементом компьютера, его “мозгом”. Он отвечает за все вычисления и обработку информации. Кроме этого, он выполняет управление всеми устройствами компьютера. От его мощности зависит быстродействие компьютера и его возможности.

Основные характеристики центрального процессора:

• количество ядер
• тактовая частота
• кэш
• сокет

Давайте рассмотрим их подробнее.

Чем больше у процессора ядер, тем большее число операций он может выполнять одновременно. По сути, несколько ядер – это несколько процессоров, которые расположены на одном кристалле или в одном корпусе. В одноядерном процессоре команды, поступившие на его вход, последовательно проходят через нужные для их выполнения блоки, то есть пока процессором выполняется очередная команда, остальные ждут своей очереди. В многоядерном процессоре на вход приходят несколько отдельных потоков команд и данных и также раздельно выходят, не оказывая влияния друг на друга. За счёт параллельной обработки процессором нескольких потоков команд увеличивается производительность компьютера. Сегодня на персональные компьютеры устанавливаются, как правило, 2-8 ядерные процессоры. Однако не все программы рассчитаны на использование нескольких ядер.

Эта характеристика указывает на скорость выполнения команд центральным процессором. Такт – промежуток времени, необходимый для выполнения процессором элементарных операции.

Единицей одного такта принято считать 1 Гц (Герц). Это значит, что если частота равна 1 ГГц (Гига Герц), то ядро процессора выполняет 1 млрд. тактов.

В недалеком прошлом тактовую частоту центрального процессора отождествляли непосредственно с его производительностью, то есть чем выше тактовая частота процессора, тем он производительнее. На практике имеем ситуацию, когда процессоры с одинаковой частотой имеют разную производительность, потому что за один такт могут выполнять разное количество команд (в зависимости от конструкции ядра, пропускной способности шины, кэш-памяти). Современные процессоры работают на частотах от 1 до 4 ГГц (Гига Герц)

Кэш применяется для значительного ускорения вычислений. Это встроенная в корпус процессора сверхбыстрая память, содержащая данные, к которым процессор часто обращается. Кэш-память может быть первого (L1), второго (L2) или третьего (L3) уровня.

Сокет (socket) – это разъём (гнездо) на материнской плате, куда устанавливается процессор. Но когда мы говорим «сокет процессора», то подразумеваем под этим, как гнездо на материнской плате, так и поддержку данного сокета определенными моделями процессоров. Сокет нужен именно для того, чтобы можно было с легкостью заменить вышедший из строя процессор или модернизировать компьютер более мощным процессором.

Следующий важный элемент компьютера, который находится в системном блоке – оперативная память (RAM или ОЗУ-оперативное запоминающие устройство). Именно в ней запоминаются обрабатываемая процессором информация и запущенные пользователем программы. Оперативной она называется потому, что предоставляет процессору быстрый доступ к данным.

DDR DDR2 DDR3

Основные характеристики оперативной памяти:

• объём – измеряется в мегабайтах (Мбайт) или гигабайтах (Гбайт), значительно влияет на производительность компьютера. Из-за недостаточного объёма оперативной памяти многие программы или не станут загружаться, или будут выполняться очень медленно. В современном типичном компьютере используется как минимум 2 Гбайт памяти, хотя для удобной работы лучше иметь 4 или 8 Гбайта;
• частота шины – измеряется в мегагерцах (МГц), также оказывает большое влияние на скорость работы компьютера. Чем она больше, тем быстрее передача данных между процессором и самой памятью.
• тип памяти – указывает на поколение, к которому относится память. На сегодняшний день можно встретить оперативную память следующих типов (размещены по хронологии появления):

-DDR SDRAM(100 – 267 МГц)

-DDR2 SDRAM (400 – 1066 МГц)

-DDR3 SDRAM(800 – 2400 МГц)

-DDR4 SDRAM(1600 – 2400 МГц)

Видеокарта | Устройство компьютера

Видеокарта – электронная плата, обеспечивающая формирования видеосигнала и тем самым определяет изображение, показываемое монитором. У существующих видеокарт разные возможности. Если на компьютере используются офисные программы, то особых требований к видеокарте не предъявляют. Другое дело игровой компьютер, в котором основную работу берёт на себя видеокарта, а центральному процессору отводится второстепенная роль.

Основные характеристики видеокарты:

• объём видеопамяти – измеряется в мегабайтах (Мбайт) или гигабайтах (Гбайт), влияет на максимальное разрешение монитора, количество цветов и скорость обработки изображения. На данное время производятся модели видеокарт с объёмом видеопамяти от 1 Гбайт до 24 Гбайт. Оптимальный средний объём 2 Гбайт или 4 Гбайт;
• разрядность шины видеопамяти – измеряется в битах, определяет объём данных, который можно одновременно передать из видеопамяти (в память). Стандартная разрядность шины современных видеокарт 256 бит;
• частота видеопамяти – измеряется в мегагерцах (МГц), чем выше, тем больше общая производительность видеокарты.

В настоящее время самые распространенные видеокарты производят на основе чипсетов nVidia GeForce и ATI Radeon.

Жёсткий диск | Устройство компьютера Жёсткий диск без верхней крышки | Устройство компьютера

Жёсткий диск, называемый также винчестером или HDD, предназначен для долговременного хранения информации. Именно на жестком диске вашего компьютера хранится вся информация: операционная система, нужные программы, документы, фотографии, фильмы, музыка и прочие файлы. Именно он является основным устройством хранения информации в компьютере.

Для пользователя жёсткие диски различаются между собой прежде всего следующими характеристиками:

• ёмкостью (объёмом) – измеряется в гигабайтах (Гбайт) или терабайтах (Тбайт), определяет какой объём информации можно записать на жёсткий диск. На данный момент объём современного винчестера измеряется от нескольких сотен гигабайт до нескольких терабайт;
• быстродействием, которое складывается из времени доступа к информации и скорости чтения/записи информации. Типичное время доступа у современных дисков составляет 5-10 мс (миллисекунд), средняя скорость чтения/записи – 150 Мбайт/с (мегабайт в секунду);
• интерфейсом – типом контролёра, к которому должен подключаться жёсткий диск (раньше использовался EIDE, сейчас различные варианты SATA 1-3).

DVD-привод | Устройство компьютера

DVD-привод используется для чтения DVD и CD-дисков. Если в названии стоит приставка “RW”, то привод способен не только читать, но и записывать на диски. Привод характеризуется скоростью чтения/записи и обозначается посредством множителя (1x, 2x и т.д.). Единица скорости здесь равна 1.385 мегабайт в секунду (Мб/с). То есть, когда на приводе указано значение скорости 8x, то действительная скорость будет составлять 8 * 1.385 Мб/с=11.08 Мб/с.

Blu-ray (Блю-рей) привод

Blu-ray (Блю-рей) привод | Устройство компьютера

Blu-ray приводы могут быть трёх видов: считывающие, комбо и пишущие. Считывающий Blu-ray привод может считывать CD, DVD и Blu-ray диски. Комбо может дополнительно записывать CD и DVD-диски. Пишущий Blu-ray привод может считывать и записывать все диски.

Блок питания снабжает электроэнергией устройства компьютера, и обычно продаётся вместе с корпусом. В настоящий момент производят блоки питания мощностью 450, 550 и 750 Ватт. Более мощные блоки питания (до 1500 Ватт) могут понадобиться компьютеру с мощной игровой видеокартой.

Монитор предназначен для показа изображений поступающих от компьютера. Он относится к устройствам вывода информации компьютера.

Монитор 4 : 3 (квадратный) Монитор 16 : 9 (широкоформатный)

Основные характеристики мониторов:

• размер экрана – измеряется в дюймах (1 дюйм=2,54 см) по диагонали. На данный момент наиболее популярными являются ЖК-мониторы с диагональю 19-23 дюймов;
• формат экрана (соотношение сторон по вертикали и горизонтали), сейчас почти все мониторы продаются в широкоформатном исполнении: формат 16:9 и 16:10;
• тип матрицы – основная часть ЖК-монитора, от которой на 90% зависит его качество. В современных мониторах применяется один из трёх основных типов матриц: TN-film (наиболее простой, самый дешёвый и распространённый), S-IPS (обладают наилучшей цветопередачей, применяется для профессиональной работы с изображениями) и PVA/ MVA (дороже TN-film и дешевле IPS, можно сказать, что эти матрицы являются компромиссом между TN+Film и IPS.);
• разрешение экрана – число точек (пикселей) в ширину и в высоту, из которых состоит изображение. Наиболее распространённые 17 и 19-дюймовые мониторы имеют разрешение 1280х1024 и 1600х1200 точек. Чем выше разрешение, тем, естественно, детальней получается изображение;
• тип разъёма используемый для соединения с компьютером, аналоговый VGA (D-Sub) или цифровые разъемы DVI, HDMI.

Клавиатура и мышь

Клавиатура | Устройство компьютера

Клавиатура — одно из наиболее часто используемых устройств ввода данных в компьютер.

Компьютерная мышь | Устройство компьютера

Компьютерная мышь также, как и клавиатура, является устройством ввода информации в компьютер. Компьютерные мышки бывают разные и по дизайну и по принципу работы и по функциональности. Сегодня наиболее распространены оптические мышки, с двумя кнопками и одним колесом прокрутки.

Звуковые колонки | Устройство компьютера

К омпьютерные колонки – отвечают за вывод звуковых сигналов. Колонки бывают активные (со встроенным усилителем) и пассивные (без усилителя и дополнительного питания). Преимущество таких пассивных колонок в их небольшой цене, но при этом страдает качество звучания. Активные колонки способны обеспечить более качественное и громкое воспроизведение звука.

Самые распространённые дополнительные устройства

Принтер — устройство для печати текста и изображений на бумагу. Также относится к устройствам вывода информации ПК.

Принтер

Сканер — устройство для считывания и ввода текстовой и графической информации в компьютер.

Сканер

МФУ — Многофункциональное устройство. Объединяет в себе принтер, сканер и ксерокс.

Веб-камера — это небольшая цифровая камера, которая совместно с компьютером служит для передачи изображения при общении в интернете.

Веб-камера

Вот и все, мы с вами подробно рассмотрели внутреннее устройство персонального компьютера и основные периферийные устройства предназначенные для ввода и вывода информации компьютера.

PCI разъёмы

PCI (Peripheral component interconnect, дословно — взаимосвязь периферийных компонентов) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

Иначе говоря, в эти разъёмы можно подключить дополнительные устройства. Например, дополнительную сетевую карту, модем, звуковую карту, ТВ-тюнер, модуль Wi-Fi и т. д.

В настоящее время интерфейс PCI постепенно вытесняется интерфейсами PCI Express, HyperTransport и USB. На современные материнские платы устанавливается лишь один, редко два PCI-разъёма, вместо 5-6, устанавливавшихся ранее. На некоторые современные материнские платы (в основном High-End-класса или форм-фактора mATX) PCI-разъём не устанавливается вовсе.

Это основные устройства в системном блоке, без которых работа компьютера невозможна. Именно они отвечают за производительность и быстродействие, от них зависит цена и пригодность компьютера к различным задачам.